靜止橋接儲能裝置在電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制中的應(yīng)用研究.pdf

1、自人類進(jìn)入21世紀(jì)以來，伴隨著以新能源和可再生能源逐步代替化石能源為目標(biāo)的新能源革命的號角，儲能技術(shù)受到了前所未有的重視，并有了飛速發(fā)展。在儲能技術(shù)中，通過電力電子電路與電網(wǎng)相連的靜止橋接儲能裝置，能夠?qū)ζ渑c電網(wǎng)交換的有功功率和無功功率進(jìn)行獨(dú)立、快速、準(zhǔn)確控制，為電力系統(tǒng)運(yùn)行控制提供了一種靈活的新手段，已成為電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制的一種新的有效工具。因此，研究靜止橋接儲能裝置在電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制中的應(yīng)用具有十分重要的意義。本文從含靜止橋接儲能裝

2、置的單機(jī)-無窮大系統(tǒng)線性化擴(kuò)展模型入手，以轉(zhuǎn)矩法和狀態(tài)空間分析法為工具，闡明了靜止橋接儲能裝置影響電力系統(tǒng)動態(tài)特性的作用機(jī)理。進(jìn)而，以增加電力系統(tǒng)阻尼和提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性為目標(biāo)，對滿足工程化應(yīng)用要求的靜止橋接儲能裝置系統(tǒng)層控制器進(jìn)行了全面而深入的研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴以SMES裝置為例，推導(dǎo)了靜止橋接儲能裝置主電路標(biāo)幺值數(shù)學(xué)模型，并基于該模型，系統(tǒng)且全面地研究了功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制器及其參數(shù)整定方法和大容量擴(kuò)展問題。

3、論證了靜止橋接儲能裝置無論采用基于電流反饋的功率開環(huán)控制方式還是采用功率閉環(huán)控制方式均可等效為具有一階慣性環(huán)節(jié)的可控功率源這一結(jié)論，并給出了其慣性時(shí)間常數(shù)與功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制器參數(shù)的定量關(guān)系。對大容量電壓型功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的多相斬波器控制問題進(jìn)行了深入研究，提出了一種新的用于SMES裝置的多相斬波器控制方法。該方法通過切換電壓控制矢量實(shí)現(xiàn)了具有良好抗擾動性能的直流電壓控制，并通過電壓控制矢量不同開關(guān)組合的切換實(shí)現(xiàn)了多相斬波器的良好均流。⑵闡

4、明了靜止橋接儲能裝置影響電力系統(tǒng)動態(tài)特性的作用機(jī)理。對靜止橋接儲能裝置有功功率調(diào)節(jié)和無功功率調(diào)節(jié)影響電力系統(tǒng)動態(tài)特性的不同特點(diǎn)、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制以及阻尼繞組對儲能裝置作用的影響進(jìn)行了深入研究。在考慮發(fā)電機(jī)阻尼繞組對儲能裝置作用的影響時(shí)，提出了一種利用儲能裝置功率調(diào)節(jié)到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電角速度變化量的留數(shù)求取功率調(diào)節(jié)到其產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩變化量傳遞函數(shù)的近似方法，并對所提方法的準(zhǔn)確性和適用性進(jìn)行了論證。⑶從控制器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、參數(shù)整定、控制輸入選擇、魯棒

5、性分析等多個(gè)方面對滿足工程化應(yīng)用要求的阻尼控制器進(jìn)行研究。提出了一種計(jì)及發(fā)電機(jī)阻尼繞組影響的阻尼控制器簡化設(shè)計(jì)方法，并通過根軌跡分析論證了所提方法的有效性。得出了有工程實(shí)用價(jià)值的結(jié)論：對于含儲能裝置的單機(jī)-無窮大系統(tǒng)，儲能裝置采用以Δω或?ΔPg為反饋輸入的阻尼控制器，能夠有效增加電力系統(tǒng)機(jī)電模式阻尼；采用ΔPg為反饋輸入的阻尼控制器容易引起頻率較高的控制器模式失穩(wěn)或頻率稍高的勵(lì)磁模式失穩(wěn)，從而限制了儲能裝置提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性作用的發(fā)揮